Einführung in Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) für Einsteiger

Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) ermöglichen es Nutzern von Krypto-Netzwerken, die Legitimität einer Transaktion zu bestätigen, ohne deren Einzelheiten preiszugeben. ZKPs stellen sicher, dass Vertraulichkeit von Transaktionen nicht auf Kosten des Vertrauens geht. Im Folgenden erfahren Sie, wie sie funktionieren und welche Bedeutung sie im Web3 haben.

Verständnis von Zero-Knowledge Proofs

ZKPs sind Protokolle, die dabei helfen, die Legitimität von Aussagen auf Blockchains zu überprüfen, ohne dabei Daten preiszugeben, die die Vertraulichkeit beeinträchtigen könnten. Sie ermöglichen es Benutzern, die Gültigkeit einer Transaktion zu bestätigen, ohne Transaktionsdetails preiszugeben.

Bei ZKPs muss der Beweiser (Prover) die Behauptung beweisen, während der Verifizierer (Verifier) sie validieren soll. Die Protokolle zeigen on-chain, dass die verborgenen Daten gültig sind, während der Beweiser dies natürlich weiß.

Personenbezogene Daten (PII), die in die Hände böswilliger Akteure gelangen, können anfällig für Probleme wie Identitätsdiebstahl und Rufschädigung sein. ZKPs schützen Ihre PII.

Funktionsweise von Zero-Knowledge Proofs

Zero-Knowledge Proofs verwenden Algorithmen, um eingegebene Informationen zu verarbeiten und ihre Richtigkeit zu überprüfen. Projekte wie Polygon Zero und StarkNet auf Ethereum nutzen das Protokoll in ihrer Funktionalität.

Damit ZKPs effektiv funktionieren, müssen sie drei Kriterien erfüllen:

• Keine Kenntnisnahme (Zero-Knowledge): Der Verifizierer kann nicht auf die ursprüngliche Eingabe zugreifen. Die einzigen verfügbaren Daten sind die Gültigkeit der Aussage.
• Vollständigkeit (Soundness): Eine ungültige Eingabe kann nicht als wahr validiert werden. Das Protokoll sollte Maßnahmen enthalten, um die Wahrscheinlichkeit von Manipulationen zu verringern.
• Korrektheit (Completeness): Solange die Eingabe gültig ist, muss das Protokoll die Aussage validieren. Der Beweis wird akzeptiert, da alle Parteien ehrlich handeln und die zugrunde liegenden Daten korrekt sind.

Ein einfacher Zero-Knowledge Proof besteht aus drei Elementen:

• Der Zeuge (Witness): Der Beweiser stellt Fragen, die nur jemand beantworten könnte, der die Informationen kennt.
• Herausforderer (Challenger): In diesem Fall wählt der Verifizierer eine Frage aus der Gruppe aus, die der Beweiser beantworten muss.
• Die Antwort: In diesem Fall beantwortet der Beweiser die Frage. Mit der Antwort verifiziert der Verifizierer den Zugriff des Beweisers auf den Zeugen. Anschließend wählt der Verifizierer weitere Fragen aus dem Satz aus. Die zahlreichen Fragen verringern die Wahrscheinlichkeit, dass Fakten bezüglich der Informationen gefälscht werden.

Arten von Zero-Knowledge Proofs

Es gibt zwei Arten von Zero-Knowledge Proofs:

• Interaktive Zero-Knowledge Proofs: Diese ZKPs ermöglichen die Kommunikation zwischen beiden Parteien. Die Kommunikation erleichtert die Bestätigung der Gültigkeit der Aussage.
• Nicht-interaktive Zero-Knowledge Proofs: Hier sind zwei Parteien in einer einzigen Kommunikationsrunde beteiligt. Der Beweiser teilt die Daten mit einem Algorithmus, der den ZKP berechnet. Der Verifizierer erhält den Beweis und verwendet einen anderen Algorithmus, um das Wissen des Benutzers zu überprüfen.

Aufgrund der Bequemlichkeit von nicht-interaktiven ZKPs fallen mehrere Protokolle unter diese Kategorie. Dazu gehören:

• Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge (ZK-STARKs): Sie sind aufgrund der geringeren Interaktion zwischen zwei Parteien schnell.
• Bulletproofs: Ein vertrauenswürdiges Setup ist nicht erforderlich. Die kurzen, nicht-interaktiven ZKPs ermöglichen private Transaktionen von Kryptowährungen.
• Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge (ZK-SNARKs): Ihre geringe Größe erleichtert den Verifizierungsprozess. Die Protokolle verwenden elliptische Kurven, um einen kryptografischen Beweis zu erstellen.
• Permutations over Lagrange bases for Oecumenical Non-interactive Arguments of Knowledge (PLONK): Sie verwenden ein universelles Vertrauenswürdiges Setup, um vielen Teilnehmern die Teilnahme zu ermöglichen.

Bedeutung von Zero-Knowledge Proofs

Nachfolgend finden Sie Anwendungsbeispiele, die die Bedeutung von ZKPs verdeutlichen:

• Identitätsprüfung: Man muss keine sensiblen Daten preisgeben, um die Identität zu überprüfen. ZKPs bieten eine Möglichkeit, die Identitätsprüfung sicher und privat durchzuführen.
• Compliance: Unternehmen können mithilfe von ZKPs regulatorische Anforderungen in Bezug auf KYC, Geldwäschebekämpfung und andere relevante Vorschriften einhalten. Sie gewährleisten die Einhaltung, ohne private Daten in zentralen Datenbanken zu speichern.
• Sicherheit und Datenschutz: Die Pseudonymität von Web3 garantiert keine absolute Privatsphäre, da der Transaktionsverlauf auf öffentlichen Blockchains einsehbar ist. ZKP fördert die Datenbestätigung ohne Preisgabe von PII und fördert so die Anonymität. Skalierbarkeit: ZKPs ermöglichen es Blockchain-Netzwerken, Transaktionen zu bestätigen, ohne die zugrunde liegenden Informationen preiszugeben. Die Effizienz des Netzwerks wird aufgrund einer deutlichen Reduzierung der auf der Blockchain gespeicherten Daten gesteigert.

Fazit

ZKPs sind ein kritisches kryptographisches Werkzeug, das die Datenüberprüfung für nicht vertrauenswürdige oder nicht identifizierte Parteien ermöglicht. Die pseudonyme Natur von Web3 erschwert die Datenüberprüfung. ZKPs lösen das Problem mithilfe revolutionärer Protokolle, die sichere und schnelle Transaktionen gewährleisten.

Die Technologie befindet sich noch in der Entwicklung, hat aber das Potenzial, die Funktionsweise von Blockchains grundlegend zu verändern. Als Blockchain-Nutzer solltest du die Entwicklungen im Bereich der ZKPs verfolgen, um deren Einfluss auf die Zukunft von Web3 einschätzen zu können.